ESPECTRO ESPALHADO

Originalmente conhecido como spread spectrum, o espectro espalhado é um caso especial de multiplexação por divisão de frequência que envolve o uso de múltiplas portadoras para aumento da confiabilidade. É uma técnica usada para melhora da confiabilidade quando o sistema sobre o qual a transmissão ocorre possui interferência esporádica em algumas de suas frequências.

Foi desenvolvida por Hedy Lamarr (Figura 64) e George Antheil (Figura 65), que obtiveram a patente sobre o invento em 1941. A ideia original era um sistema de comunicação secreta que possibilitava a transmissão espalhada por diferentes frequências do espectro de rádio.

FIGURA 64 – FOTO DE HEDY LAMARR

A sinalização de banda básica também é chamada de sinalização digital e a sinalização em banda larga também é chamada de sinalização analógica.

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES O espalhamento das frequências fazia com que a detecção, embaralhamento ou interceptação dos sinais fosse dificultada. Atualmente a tecnologia de espectro espalhado é usada em diversos sistemas de comunicação sem fio, inclusive na telefonia celular.

FIGURA 65 – FOTO DE GEORGE ANTHEIL

FONTE: Disponível em: <www.antheil.org>. Acesso em: 24 abr. 2013.

A ideia da invenção surgiu quando Hedy e Antheil faziam dueto em frente ao piano. Na ocasião eles imaginaram que duas pessoas poderiam se comunicar mudando o canal com frequência desde que emissor e receptor o fizessem de maneira simultânea. A novidade foi oferecida ao departamento de guerra o qual não se interessou. Atualmente o princípio é utilizado também para acelerar as comunicações de satélite ao redor do mundo.

5 TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÕES

A comutação em uma rede de comunicação tem como objetivo alocar recursos de rede para realizar a transmissão através dos diversos dispositivos conectados. Nas redes de longa distância o uso de topologias parcialmente ligadas faz com que os caminhos entre o emissor e o receptor tenham que utilizar os mesmos enlaces em muitos casos.

A utilização dos mesmos enlaces durante a transmissão determina o compartilhamento destes enlaces no processo de comunicação. Este compartilhamento de recursos está intimamente ligado à forma de multiplexação dos meios de transmissão.

As principais formas de comutação são a comutação de circuitos, a comutação de pacotes e a comutação de mensagens.

UNIDADE 3 | GERENCIAMENTO E SEGURANÇA

5.1 COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS

A comutação de circuitos requer a existência de um caminho dedicado para a comunicação entre emissor e receptor. Este modo de comutação envolve três fases:

• Estabelecimento do circuito. • Transferência de informações. • Desconexão do circuito.

O estabelecimento do circuito deve ser efetuado antes que o emissor e o receptor possam se comunicar. Para tanto deve ser estabelecido um circuito fim a fim. Isto significa a determinação e alocação de uma rota entre o emissor e o receptor, onde em cada enlace é alocado um canal que permanece dedicado a essa conexão até que haja a desconexão do circuito. A Figura 66 ilustra a progressão de uma comunicação via comutação de circuitos entre duas estações.

Uma vez que a conexão estiver estabelecida, o processo de transferência de dados entre emissor e receptor pode ser iniciado. Depois de enviados os dados a conexão pode ser encerrada. Este encerramento da conexão em geral ocorre pela ação de um dos envolvidos na comunicação. Os sinais de controle devem ser propagados por todos os nós que formam o circuito de modo que todos os caminhos sejam desalocados.

FIGURA 66 – COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES Na fase de estabelecimento da conexão é enviada ao destino uma mensagem de controle. Conforme vai ocorrendo o roteamento da mensagem, um caminho passa a ser alocado. O caminho está totalmente alocado quando a mensagem de controle atinge o nó de destino e uma mensagem de confirmação é enviada ao nó de origem.

Esta mensagem de controle confirmando a alocação do circuito até o nó de destino é enviado pelo circuito alocado pela mensagem inicial de estabelecimento de conexão. A partir deste momento as estações podem se comunicar pelo novo circuito estabelecido, até que uma mensagem de término da conexão seja enviada por um dos envolvidos. À medida que esta mensagem de término da conexão vai passando pelo circuito os recursos vão sendo desalocados.

A característica de a comutação de circuitos manter o caminho alocado durante o processo de comunicação até que a conexão seja desfeita pode gerar também um desperdício de recursos. Caso o tráfego de informações entre as estações não seja constante e contínuo, a capacidade do meio físico permanecerá reservada sem que esteja sendo utilizado. A contrapartida desta característica se dá pelo fato de existir a garantia de que uma taxa de transmissão está sempre disponível quando for necessário realizar alguma transmissão.

5.2 COMUTAÇÃO DE PACOTES

Para que uma rede de longa distância possa crescer em termos de quantidade de equipamentos conectados, mantendo um desempenho razoável e permitindo a comunicação simultânea, é necessária a utilização de uma alternativa à ligação ponto a ponto. Para atender esta necessidade uma rede de longa distância é construída a partir de diversos switches (comutadores) aos quais os computadores individuais são conectados.

A comutação de pacotes é uma técnica de transmissão de dados que divide a informação em partes de modo que, se houver alguma falha durante a transmissão, a informação perdida afeta uma fração do conteúdo total, em vez de afetar o todo. O receptor encarrega-se de montar os pacotes recebidos na sequência correta para reconstruir o conteúdo enviado.

O tamanho inicial de uma rede de longa distância é determinado pela quantidade de sites e computadores conectados. Quando houver necessidade de expansão, outros comutadores podem ser adicionados para realizar a conexão de locais ou computadores adicionais. A comutação eletrônica básica utilizada em uma rede de longa distância é denominada comutação de pacote (packet switch) pelo fato de mover pacotes de dados completos de uma conexão a outra.

Uma das diferenças entre a comutação de pacotes e a comutação de mensagens é que na comutação de pacotes o tamanho da unidade de dados transmitida é limitado. Unidades de dados com tamanhos superiores ao limite

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máximo são quebradas em unidades menores. Redes de comutação de pacotes também requerem menor capacidade de armazenamento dos nós de comutação e os procedimentos de recuperação de erros são mais eficientes que na comutação de mensagens.

Conceitualmente, um comutador de pacotes é um dispositivo que tem um processador, memória e dispositivos de entrada/saída usados para o envio e recebimento de pacotes de dados. Embora os comutadores de pacotes das redes de longa distância antigas fossem dispositivos bastante convencionais, os atuais comutadores de pacotes possuem hardware de propósito especial.

FIGURA 67 – EXEMPLO DE LIGAÇÃO DE COMUTADOR DE PACOTES

FONTE: Adaptado de: Comer (2001)

O tipo de dispositivo de entrada/saída representado no lado esquerdo da Figura 67 opera em alta velocidade e é utilizado para a conexão do comutador de pacotes a um circuito digital que leva a outro comutador de pacotes. O tipo de dispositivo representado no lado direito da Figura 67 opera em velocidades mais baixas e é utilizado para conectar o comutador de pacotes a um computador individual. Detalhes sobre este tipo de ligação dependem da tecnologia de rede de longa distância que está sendo utilizada e da velocidade que se deseja obter desta rede.

Nas redes de comutação de pacotes, informações sempre se apresentam na forma digital independentes da sua natureza, que pode ser som, vídeo, voz ou outros dados computacionais. Nesta técnica os bits são agrupados em blocos incluindo bits de controle, sendo denominado pacote.

Uma mensagem pode ser constituída por um ou mais pacotes que

Uma característica importante da comutação de pacotes é que pacotes de uma mesma mensagem podem ser transmitidos simultaneamente em diferentes enlaces, reduzindo o atraso de transmissão total da mensagem.

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES ilustra um exemplo onde todos os pacotes de uma mensagem seguem por uma mesma rota até o destino.

FIGURA 68 – COMUTAÇÃO DE PACOTES

FONTE: Adaptado de: Soares (1995)

Na comutação de pacotes é utilizada a técnica store and forward. Da mesma forma como a comutação por circuitos, os pacotes caminham através dos nós, sendo armazenados e retransmitidos sucessivamente. Em cada nó da rede o pacote inteiro é recebido e selecionado o nó seguinte. Cada pacote leva em seu cabeçalho informações sobre o endereço de destino.

Exemplificando de forma simplificada, o funcionamento da comutação de pacotes é o seguinte: os pacotes a serem transmitidos são enviados ao primeiro nó que os armazena temporariamente, determina o caminho a seguir e envia ao nó seguinte. Este processo se repete em todos os nós de comutação ao longo do caminho entre o emissor e o receptor.

Algumas das características da comutação de pacotes:

• Permite utilizar um sistema de prioridades mediante sinalização no cabeçalho dos pacotes.

• O canal de transmissão só é ocupado nos intervalos de tempo necessários para a transmissão dos pacotes.

• Utilização eficiente do canal de transmissão pelo compartilhamento do mesmo. • Exige a existência de bits de controle localizados no cabeçalho.

• Em caso de congestionamento da rede podem ocorrer atrasos na transmissão, mas em geral é possível o restabelecimento da conexão.

A Comutação de Pacotes pode ser efetuada através de circuito virtual e datagramas.

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5.3 COMUTAÇÃO DE MENSAGENS

A comutação de mensagens, diferentemente da comutação de pacotes, não estabelece antecipadamente um caminho físico entre o emissor e o receptor. As mensagens enviadas são armazenadas nos nós para posterior reenvio. O endereço de destino é adicionado à mensagem a ser transmitida e percorre a rede de nó em nó. Em cada nó a mensagem inteira é recebida e o próximo nó da rota é determinado com base no endereço de destino adicionado à mensagem.

Se o caminho estiver ocupado pela transmissão de outras mensagens, a mensagem espera em uma fila até que chegue a sua vez para ser transmitida. Desta forma, uma mensagem caminha na rede de nó em nó usando apenas um canal por vez, sendo armazenada e retransmitida em cada nó. Por causa desta característica esta técnica é denominada “store and forward”.

Outra característica da comutação de mensagens é que o conteúdo só segue para o nó seguinte após ter sido integralmente recebido do nó anterior. A Figura 69 ilustra a transmissão de uma mensagem pelo processo store and forward.

FIGURA 69 – COMUTAÇÃO DE MENSAGENS

FONTE: Adaptado de: Soares (1995)

As principais diferenças entre a comutação de mensagens em relação à comutação de circuitos são:

• Na comutação de mensagens o aproveitamento das linhas de comunicação é maior pelo fato de os canais poderem ser compartilhados por várias mensagens ao longo do tempo. Por não haver alocação de canais as mensagens podem ser

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES • Na comutação de circuitos, quando o tráfego da rede aumenta os pedidos de

novas conexões, eles podem ser recusados devido à falta de caminhos livres ou recursos de armazenamento. Na comutação de mensagens as mensagens sempre são aceitas, o que pode ocorrer é que o tempo de transferência pode aumentar devido às filas que as mensagens podem encontrar em cada nó de comutação da rede.

6 PROTOCOLOS DE TRANSMISSÃO

Os meios de transmissão de dados têm evoluído ao longo de décadas, e o principal objetivo de tal evolução está relacionado aos meios de transmissão bem como às formas de tratamento da mesma. Através das diversas pesquisas realizadas no período de evolução dos meios de transmissão novas tecnologias foram desenvolvidas.

Entre estas tecnologias podemos destacar os protocolos utilizados. Os protocolos desenvolvidos possibilitaram a transmissão de dados não apenas a longas distâncias, mas também possibilitaram a transmissão de maiores volumes de dados no mesmo espaço de tempo, além de aumentarem a confiabilidade da entrega dos dados ao seu destinatário.

6.1 PROTOCOLO X.25

Padronizado pela ITU (International Telecomunication Union) e adotado como padrão pelo CCITT (Consultative Committee for International Telegraph and

Telephone), o protocolo X.25 é um protocolo de comunicação padrão para redes

de longa distância que utilizam o sistema telefônico ou ISDN como meio de transmissão. O X.25 define como as conexões entre dispositivos de usuários e dispositivos de rede são estabelecidas e mantidas. Foi projetado para operar com efetividade, independente do tipo do sistema conectado na rede, e é tipicamente utilizado em redes de comutação de pacotes (PSN – Packet Switched Network).

Permite que computadores de diferentes redes públicas se comuniquem através de um computador intermediário no nível de camada de rede. Possui correspondência aos protocolos das camadas de enlace de dados e física definidas pelo modelo de referência OSI - Open Systems Interconnection. A transmissão de dados através de comutação de pacotes se dá por circuitos virtuais. Nos circuitos virtuais os dados são organizados em pacotes que são comutados de forma lógica sobre um circuito compartilhado por muitos assinantes.

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O protocolo X.25 trabalha com os conceitos de terminal de dados (DTE – Data Terminal Equipment) e de terminadores de circuitos de dados (DCE - Data

Circuit Terminating Equipment). Em geral um DTE é um terminal de usuário,

computador pessoal ou servidor de rede, já o DCE em geral é um roteador,

modem ou switch. A especificação X.25 padrão estabelece apenas as regras de

comunicação a serem utilizadas entre o DTE e o DCE. Isso significa dizer que são estabelecidas apenas as regras de comunicação entre um computador e um roteador, já como é feita a comunicação entre roteadores não está estabelecido pelo X.25. A Figura 70 representa de forma gráfica esta relação.

FIGURA 70 – EXEMPLO DE FUNCIONAMENTO DO X.25

FONTE: Adaptado de: Torres (2001)

Existem também as redes baseadas em X.25 que implementam os recursos X.25 na rede em que os dados circularão com o objetivo de tornar a rede totalmente orientada à conexão. A realização desta implementação deve ser feita na parte da rede representada por uma nuvem na Figura 70. A característica negativa deste tipo de implementação está no fato de as mesmas não serem padronizadas. Outra característica negativa é o fato de cada DCE armazenar os dados recebidos para em seguida enviá-los ao destino, o que causa atraso na comunicação. Este mecanismo de armazenamento e posterior envio é conhecido por store and forward. Deve-se considerar ainda o fato de que para os DCEs armazenarem os dados que posteriormente deverão ser transmitidos é necessário que os mesmos tenham quantidade considerável de memória (TORRES, 2001).

A Rede Nacional de Pacotes (Renpac) é uma rede de comutação de pacotes mantida pela Embratel que oferece uma série de facilidades para comunicação

O X.25 define como as conexões entre dispositivos de usuários e dispositivos de rede são estabelecidas e mantidas.

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES notada é que os equipamentos não estão ligados fisicamente uns aos outros.” (CYCLADES BRASIL, 2001, p. 87).

A estrutura básica da Renpac é composta de diversos centros de comutação (nós) e centros de concentração (concentradores) interligados por meio de comunicação de alta velocidade, e adicionalmente um centro de supervisão e controle. A Renpac é a rede mais conhecida dos brasileiros, pois oferece serviço com abrangência nacional, mas em muitos estados brasileiros existem redes similares, com abrangência estadual, oferecidas pelas operadoras locais de telecomunicações (CYCLADES BRASIL, 2001).

Para acesso pela Renpac existe uma série de serviços oferecidos, sendo os mais comuns o Serviço Renpac 3025 (acesso via X.25) e o Renpac 3028 (acesso via PAD). Na contratação do serviço do tipo 3025 devem ser definidas pelo usuário as características desejadas do serviço, tais como velocidade de comunicação e facilidades – exemplo: possibilidade de tarifação reversa, número coletivo, negociação de tamanho de pacote etc. –, bem como os parâmetros específicos de configuração de uma ligação X.25 (CYCLADES BRASIL, 2001).

6.2 FRAME RELAY

Frame Relay é uma técnica de comutação de pacotes baseada em um

conjunto de protocolos especificados pelo ITU-T (International Telecommunication

Union – Telecommunication Standardization Sector), uma área da União Internacional

de Telecomunicações responsável por coordenar padronizações relacionadas a telecomunicações.

O objetivo inicial de sua concepção foi o de oferecer um serviço agregado de rede de pacotes às redes ISDN (Integrated Digital Services Network), porém, dada a sua eficiência no transporte de dados, teve um desenvolvimento próprio e apresenta-se hoje como a técnica mais recomendada para implementação nas redes WAN para conexão entre hosts e redes locais (CYCLADES BRASIL, 2001).

Frame Relay é também considerado um protocolo de redes de longa

distância de alto desempenho que opera nas camadas físicas e de enlace do modelo de referência OSI. Ainda que originalmente tenha sido projetado para ser utilizado em interfaces ISDN, atualmente vem sendo utilizado em uma variedade de outras interfaces de rede. Com frequência o Frame Relay é descrito como sendo uma evolução do protocolo X.25 pelo fato de possuir recursos como janelas de transmissão e retransmissão dos últimos dados, disponíveis no X.25. O Frame

Relay opera sobre redes de longa distância que utilizam equipamentos e serviços

de conexão mais confiáveis que os utilizados nas décadas de 70 e 80 quando a plataforma comum das redes de longa distância utilizava o X.25.

Numa rede de longa distância utilizando Frame Relay, os equipamentos se concentram basicamente em duas categorias: terminais de dados (DTE – Data Terminal Equipment) e terminadores de circuitos de dados (DCE – Data

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Circuit Terminating Equipment). Os terminais de dados (DTE) são equipamentos

geralmente operados por usuários finais da rede e podem ser constituídos, entre outros, de terminais específicos, computadores pessoais, roteadores e bridges. Já os terminadores de circuitos de dados (DCE) são equipamentos destinados a prover serviços de clocking e switching numa rede que esteja transmitindo dados através de uma rede de longa distância. O relacionamento entre estas duas categorias de equipamentos é apresentado na Figura 71.

FIGURA 71 – EXEMPLO DE CONEXÃO FRAME RELAY

FONTE: Adaptado de: Kurose (2003)

Com a tecnologia Frame Relay, um nó final inteligente (que pode ser um host ou um roteador de uma rede local) se conecta a uma rede Frame Relay mediante um meio físico, pelo qual envia e recebe dados. “Para que esses dados possam atingir o seu destino (um outro nó ligado à rede), é adicionado a esses dados um envelope com as informações necessárias para isso.” (CYCLADES BRASIL, 2001, p. 89).

As conexões entre DTEs e DCEs consistem nas camadas físicas e de enlace. Os componentes da camada física consistem nas especificações mecânica, elétrica, funcional e procedimental para a conexão entre os dispositivos. Uma das especificações de interfaces de camada física mais comumente utilizada é a especificação padrão RS-232. Os componentes da camada de enlace definem o protocolo que estabelecem a conexão entre um dispositivo DTE, podendo ser um roteador, e o dispositivo DCE, podendo ser um switch.

O Frame Relay realiza a comunicação orientada à conexão através da camada de enlace. Isto significa que uma conexão ocorre entre um par de dispositivos e que estas conexões estão associadas com um identificador de conexão. Este tipo de conexão é implementado através da utilização de um circuito virtual do Frame

TÓPICO 1 | FUNDAMENTOS DO GERENCIAMENTO DE REDES Um circuito virtual disponibiliza um caminho de comunicação bidirecional de um dispositivo DTE até outro e são identificados de forma única por um identificador de conexão de ligação de dados (DLCI – Data Link

Connection Indentifier). Diversos circuitos virtuais podem ser multiplexados

em apenas um circuito físico para transmissão dos dados através da rede. Esta capacidade frequentemente permite reduzir a complexidade do equipamento e da rede necessários para conectar múltiplos dispositivos DTE.

Um circuito virtual pode passar por qualquer número de dispositivos DCE intermediários, localizados na rede de pacotes comutados Frame Relay. Um circuito virtual Frame Relay pode estar enquadrado nas categorias de circuitos virtuais comutados (SVCs – Switched Virtual Circuits) ou como circuitos virtuais permanentes (PVCs – Permanent Virtual Circuits).

6.2.1 Circuitos virtuais comutados

Circuitos virtuais comutados são conexões temporárias utilizadas em situações nas quais é necessária apenas a transferência esporádica de dados entre dispositivos DTE através de uma rede Frame Relay, sendo iniciada somente quando um dos DTEs faz uma solicitação para transmissão na rede. Uma sessão de comunicação entre dispositivos DTE através de um circuito virtual comutado consiste dos quatro estados operacionais denominados: inicializado, transferindo

dados, ocioso e finalizado.

No estado inicializado, o circuito virtual entre dois dispositivos DTE

Frame Relay é estabelecido. No estado transferindo dados, os dados estão sendo

transmitidos entre dois dispositivos DTE sobre o circuito virtual. No estado ocioso, uma conexão entre os dispositivos DTE ainda está ativa, mas nenhum dado está sendo transmitido. No estado finalizado, o circuito virtual entre os dispositivos DTE é terminado.

Após o término da conexão de um circuito virtual, se ainda houver dados para serem transmitidos, os dispositivos DTE devem estabelecer uma nova